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Rencontrer le père de la vie numérique

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jeEn 1953, à l’aube de l’informatique moderne, Nils Aall Barricelli jouait à Dieu. Barricelli tenait un jeu de cartes dans une main et une pile de cartes perforées dans l’autre, l’un des ordinateurs les plus anciens et les plus influents au monde, la machine IAS, de l’Institute for Advanced Study de Princeton, dans le New Jersey. Pendant la journée, l’ordinateur était utilisé pour faire des calculs de prévisions météorologiques; la nuit, le groupe de Los Alamos l’a chargé de calculer la balistique des armes nucléaires. Barricelli, un mathématicien non-conformiste, à la fois italien et norvégien, avait passé du temps sur l’ordinateur pour modéliser les origines et l’évolution de la vie.

Dans un simple bâtiment en briques rouges situé au nord des forêts sauvages de l’Institut, Barricelli a présenté des modèles d’évolution sur ordinateur numérique. Ses univers artificiels, qu’il a nourris avec des nombres tirés de cartes à jouer mélangées, regorgeaient de créatures de code: morphing, muting, fusion, maintien. Il a créé des lois qui déterminent, indépendamment de toute connaissance préalable de sa part, quels assemblages de chiffres binaires ont vécu, qui sont morts et qui se sont adaptés. Comme il le disait dans un article de 1961 dans lequel il spéculait sur les perspectives et les conditions de la vie sur d’autres planètes: «L’auteur a développé des organismes numériques, aux propriétés étonnamment similaires aux organismes vivants, à la mémoire d’un ordinateur à haute vitesse." Pour ces créatures codées, Barricelli est devenu un fabricant de mondes.

Jusqu’à sa mort en 1993, Barricelli oscillait entre les sciences biologiques et mathématiques, remettant en question une doctrine qui ne cadrait pas parfaitement. «C’était un génie brillant et excentrique», déclare George Dyson, historien de la technologie et auteur de Darwin parmi les machines et Cathédrale de Turing, qui présentent le travail de Barricelli. "Et la chose à propos des génies est qu’ils voient juste des choses que les autres ne voient pas."

Barricelli a programmé certains des premiers algorithmes informatiques qui ressemblent à des processus de la vie réelle: une subdivision de ce que nous appelons maintenant la «vie artificielle», qui cherche à simuler des systèmes vivants – évolution, adaptation, écologie – dans des ordinateurs. Barricelli a présenté un défi audacieux au modèle darwinien standard d’évolution par compétition en démontrant que les organismes évoluaient par symbiose et coopération.

Le cofondateur de Pixar, Alvy Ray Smith, a déclaré que Barricelli avait influencé ses premières réflexions sur les possibilités de l’animation par ordinateur.

En fait, les projets de Barricelli prévoyaient de nombreuses voies de recherche actuelles, y compris des automates cellulaires, des programmes informatiques comportant des grilles de chiffres couplées à des règles locales pouvant engendrer des comportements compliqués et imprévisibles. Ses modèles ont une ressemblance frappante avec les automates cellulaires unidimensionnels – des treillis de motifs numériques ressemblant à la vie – défendus par Stephen Wolfram, dont l’outil de recherche Wolfram Alpha aide à dynamiser le cerveau de Siri sur iPhone. Le biologiste non conformiste Craig Venter, en défendant sa création d’une cellule avec un génome synthétique – "la première espèce auto-réplicante que nous ayons sur la planète dont le parent est un ordinateur" – echons Barricelli.

Les expériences de Barricelli avaient aussi un côté esthétique. Peu de temps pour le moment, il convertit les 1 et 0 numériques de la mémoire stockée de l’ordinateur en images. Ces images et les idées qui les sous-tendent influenceraient les animateurs informatiques des générations à venir. Le cofondateur de Pixar, Alvy Ray Smith, par exemple, explique que Barricelli a suscité ses premières réflexions sur les possibilités de l’animation par ordinateur et, au-delà, sur sa muse philosophique. "Ce dont nous parlons vraiment ici, c’est de la notion que les êtres vivants sont des calculs", dit-il. "Regardez comment fonctionne la planète et cela ressemble sûrement à un calcul."

Malgré les expériences pionnières de Barricelli, personne ne se souvient de lui. "Je n’ai pas entendu parler de lui pour vous dire la vérité", a déclaré Mark Bedau, professeur de sciences humaines et de philosophie au Reed College et rédacteur en chef du journal. Vie artificielle. "J’en sais probablement plus sur l’histoire que la plupart des gens sur le terrain et je ne le connais pas."

Barricelli était une anomalie, une mutation du zeitgeist intellectuel, un héros méconnu qui a la plupart du temps somnolent dans l’obscurité depuis un demi-siècle. «Les gens n’étaient pas prêts pour lui», déclare Dyson. Le fait qu’un progéniteur n’ait pas reçu beaucoup de reconnaissance est un échec qui n’est pas propre à la science. Les visionnaires arrivent souvent avant l’heure. Barricelli a tracé la voie à suivre pour la révolution numérique et l’histoire se rattrape depuis.

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Evolution en chiffres: Barricelli a converti ses compteurs informatiques de 1 et de 0 en images. Dans cette impression de 1953 de Barricelli, explique le professeur associé de l’Université de New York, Alexander Galloway, le centre chaotique représente la mutation et la désorganisation. Les champs plus symétriques vers les marges représentent les organismes numériques évolués de Barricelli.Du Centre d’archives Shelby White et Leon Levy, Institute for Advanced Study, Princeton.

Barricelli est né à Rome le 24 janvier 1912. Selon Richard Goodman, microbiologiste à la retraite qui a rencontré le mathématicien dans les années 1960 et qui lui est lié d’amitié, ce dernier affirme avoir inventé le calcul avant son dixième anniversaire. Lorsque le jeune garçon a appris le calcul à son père, il a appris que Newton et Leibniz l’avaient préempté depuis des siècles. Pendant ses études à l’Université de Rome, Barricelli a étudié les mathématiques et la physique auprès d’Enrico Fermi, pionnier de la théorie quantique et de la physique nucléaire. Quelques années après avoir obtenu son diplôme en 1936, il a immigré en Norvège avec sa mère récemment divorcée et sa soeur plus jeune.

Barricelli étudia pendant la Seconde Guerre mondiale. Oddball sans compromis qui oscillait entre le fou et le cerveau, Barricelli avait l’habitude de s’exclamer «Absolut!» Lorsqu’il était d’accord avec quelqu’un, ou «Scandaloos!» Lorsqu’il trouvait quelque chose de désagréable. Son accent était imprégné de prononciations scandinaves et romantiques, ce qui rendait parfois difficile pour ses collègues de le comprendre. Goodman se souvient d’un de ses collègues de l’Université de Californie à Los Angeles qui venait de lire les papiers de Barricelli «quand le mathématicien lui-même a fait irruption et, sans cérémonie, a commencé à fournir un flot d’informations techniques sur ses travaux sur la génétique des phages» une science qui étudie la mutation, la réplication et l’expression de gènes par le biais de virus modèles. Le collègue de Goodman n’a compris que des fragments du discours, mais il s’est rendu compte que cela relevait de ce qu’il avait lu.

"Connaissez-vous le travail de Nils Barricelli?" Demanda-t-il.

“Barricelli! C’est moi! »Cria le mathématicien.


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Facebook se rafraîchit

Les déchets ressemblent au tas de plastique, de polystyrène et de carton dans lesquels sont entrés vos tout nouveaux écouteurs. Cela ressemble à des bouteilles en plastique débordant dans la poubelle près d’une fontaine à eau. On dirait un Hummer occupé par un seul …LIRE LA SUITE

Bien qu’il ait présenté une thèse de 500 pages sur l’analyse statistique de la variation du climat en 1946, Barricelli n’a jamais terminé son doctorat. Rappelant la scène dans le film Amadeus dans lequel l’empereur d’Autriche saluait la performance de Mozart, à l’exception du “trop de notes”, le comité de thèse de Barricelli lui ordonna de réduire le papier au dixième, sinon il n’accepterait pas l’œuvre. Plutôt que de capituler, Barricelli a perdu le diplôme.

Barricelli a commencé à modéliser des phénomènes biologiques sur papier, mais ses calculs étaient lents et limités. Il a fait une demande d’études aux États-Unis en tant que boursier Fulbright, où il pouvait travailler avec la machine IAS. Comme il l’écrivait dans sa première demande de subvention de voyage en 1951, il cherchait «à effectuer des expériences numériques à l’aide de grands calculateurs», afin de clarifier, par le biais des mathématiques, «les premières étapes de l’évolution d’une espèce». se mêler à de grands esprits – «pour communiquer avec des statisticiens et des théoriciens de l’évolution américains». Il avait alors publié des articles sur la statistique et la génétique et enseigné la théorie de la relativité d’Einstein. Dans sa photo d’application, il porte une moustache pyramidale, les cheveux coiffés à l’arrière de sa tête elliptique et des yeux cagoulés et baissés. Au moment de sa candidature, il était professeur assistant à l’Université d’Oslo, âgé de 39 ans.

Bien que le programme l’ait initialement rejeté en raison d’un problème de visa, au début de 1953, Barricelli arriva à l’Institute for Advanced Study en tant que membre visiteur. "J’espère que vous trouverez M. Baricelli (sic) comme une personne intéressante à qui parler", a écrit Ragnar Frisch, un collègue de Barricelli qui remportera plus tard le premier prix Nobel d’économie, dans une lettre adressée à John von Neumann. mathématicien à l’IAS, qui a aidé à concevoir l’ordinateur révolutionnaire de l’institut. «Il n’est pas toujours très systématique dans son exposé, poursuit Frisch, mais il a des idées intéressantes.»

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Barricelli psychédélique: Dans cette reconstitution d’une expérience Barricelli, le professeur associé de l’Université de New York, Alexander Galloway, a ajouté de la couleur pour montrer plus clairement les groupes de gènes. Chaque nuance de couleur signale un organisme différent. Les frontières entre les champs de couleurs représentent la turbulence lorsque les gènes rebondissent et se confondent, symbolisant la symbiogenèse de Barricelli.Avec la permission de Alexander Galloway

CAu-dessus du premier journal de bord de l’ordinateur de Barricelli à l’Institute for Advanced Study, rédigé au crayon manuscrit daté du 3 mars 1953, il s’intitule «Problème de symbiogenèse». Il s’agissait de sa théorie des proto-gènes, organismes ressemblant à des virus, qui organismes complexes: d’abord les chromosomes, puis les organes cellulaires, puis les organismes cellulaires et, finalement, d’autres espèces. Comme des parasites cherchant un hôte, ces proto-gènes réunis, selon Barricelli, et par leur aide mutuelle et leur dépendance, ont été à l’origine de la vie telle que nous la connaissons.

Selon la doctrine néo-darwinienne classique, la sélection naturelle était le principal moyen de formation des espèces. De légères variations et mutations de gènes associées à la compétition ont conduit à un changement évolutif progressif. Mais Barricelli n’était pas d’accord. Il a décrit les gènes plus agiles agissant comme une société coopérative collective travaillant pour devenir une espèce. La théorie de Darwin, a-t-il conclu, était insuffisante. "Cette théorie ne répond pas à notre question", écrit-il en 1954, "elle ne dit pas pourquoi les organismes vivants existent."

Barricelli a codé ses organismes numériques sur la machine IAS afin de prouver ses arguments. «Il est très facile de fabriquer ou simplement de définir des entités capables de se reproduire, par exemple dans le domaine de l’arithmétique», a-t-il écrit.

Le premier ordinateur ressemblait un peu à un mélange de métier à tisser et de moteur à combustion interne. La région médiane se composait de 40 tubes à rayons cathodiques Williams, qui servaient de mémoire à la machine. À l’intérieur de chaque tube, un faisceau d’électrons (le rayon cathodique) bombardait une extrémité, créant une grille de points 32 par 32, chacun consistant en une légère variation de la charge électrique. Il y avait cinq kilo-octets de mémoire totale stockée dans la machine. Pas beaucoup selon les normes d’aujourd’hui, mais à l’époque, c’était un arsenal.

Barricelli considérait ses ordinateurs comme un modèle de vie – sur cette planète et sur d’autres.

À l’intérieur du dispositif, Barricelli a programmé des mondes à mutations constantes comportant chacun une rangée de 512 «gènes», représentés par des nombres entiers allant de négatif à positif 18. Tandis que l’ordinateur parcourait des centaines et des milliers de générations, des groupements persistants de gènes émergeaient, ce que Barricelli considérait comme des organismes . L’astuce consistait à modifier ses lois de la nature créées par l’homme – les «normes», comme il les appelait, qui régissaient justement l’univers et ses entités. Il devait maintenir ces écosystèmes au bord du pandémonium et de la stase. Trop de chaos et ses bêtes se transformeraient en un désordre désorganisé; trop peu et ils seraient homogénéiser. La zone de frappe centrale, cependant, a maintenu des processus réalistes.

L’équilibrage de Barricelli n’a pas toujours été facile. Ses premiers essais étaient truffés de parasites: des gènes primitifs, souvent numériques, envahissaient l’espace et engloutissaient leurs voisins. En règle générale, il n’a pu assister qu’à quelques changements héréditaires, voire à une poignée au mieux, avant que le monde ne se déroule. Pour créer des processus évolutifs durables, il avait besoin de handicaper la capacité de ces parasites de se reproduire rapidement. À son retour à l’Institut en 1954 pour entreprendre une deuxième série d’expériences, Barricelli opéra des changements cruciaux. Premièrement, il a limité la prolifération des parasites à une fois par génération. Cette contrainte laissait à ses organismes numériques suffisamment de marge de manœuvre pour dépasser les parasites. Deuxièmement, il a commencé à appliquer différentes normes à différentes parties de ses univers. Cela a forcé ses organismes numériques à toujours s’adapter.

Même dans les premiers univers, Barricelli s’est rendu compte que la mutation et la sélection naturelle à elles seules étaient insuffisantes pour rendre compte de la genèse des espèces. En fait, la plupart des mutations simples étaient nuisibles. "La majorité des nouvelles variétés qui ont montré leur capacité à se développer sont le résultat de phénomènes de croisement et non de mutations, bien que les mutations (en particulier les mutations nuisibles) aient été beaucoup plus fréquentes que les modifications héréditaires en croisant dans les expériences réalisées", a-t-il déclaré. a écrit.

Lorsqu’un organisme deviendrait parfaitement apte à un environnement, la moindre variation ne l’affaiblirait que. Dans de tels cas, il a fallu au moins deux modifications, effectuées par une fertilisation croisée, pour donner à l’organisme numérique une chance d’amélioration. Cela indiquait à Barricelli que les symbioses, le croisement de gènes et «une forme primitive de reproduction sexuée» étaient essentiels à l’émergence de la vie.

«Barricelli a immédiatement compris que la mutation aléatoire n’était pas l’important; dans sa première expérience, il a compris que l’important était la recombinaison et le sexe », déclare Dyson. "Il a tout de suite compris ce qui prenait beaucoup plus de temps à comprendre." En effet, la théorie de la symbiogenèse de Barricelli peut être considérée comme une anticipation du travail de la biologiste à la pensée indépendante Lynn Margulis, qui dans les années 1960 a montré qu’il ne s’agissait pas nécessairement de mutations génétiques. au fil des générations, mais la symbiose, notamment de bactéries, qui a produit de nouvelles lignées cellulaires.

Barricelli considérait ses ordinateurs comme un modèle de vie – sur cette planète et sur d’autres. "La question de savoir si un type de symbi-organisme est développé dans la mémoire d’un ordinateur numérique alors qu’un autre type est développé dans un laboratoire de chimie ou par un processus naturel sur une planète ou un satellite n’ajoute rien de fondamental à cette différence", écrit-il. . Un mois après que Barricelli ait commencé ses expériences sur la machine IAS, Crick et Watson ont annoncé la forme de l’ADN en double hélice. Cependant, connaître la forme de la vie biologique n’a pas empêché Barricelli d’avoir capturé les mécanismes de la vie sur un ordinateur. Laissez Watson et Crick appeler DNA une double hélice. Barricelli l’appelait «des nombres en forme de molécules».

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WLe chapeau enseveli dans l’obscurité de Barricelli est un mystère. «Ne pas concilier ses opinions et ne pas être un joueur d’équipe», déclare Dyson, a sans aucun doute contribué à «l’isolement du cercle académique» de Barricelli. Dyson le soupçonne également et de l’indomptable mathématicien hongrois von Neumann, influent dirigeant de l’Institute of Advanced Study. , n’a pas fait semblant. Von Neumann semble avoir ignoré Barricelli. «C’était un peu fatal, car tout le monde considérait von Neumann comme le grand-père des machines à réplication automatique.»

Cependant, Barricelli commence à se faire connaître très lentement. Cela découle en partie d’un autre développement remarquable de Barricelli; certainement l’un de ses plus beaux. Il ne s’est pas contenté de créer un univers d’organismes numériques, il a converti ses organismes en images. Ses calculs informatiques des 1 et des 0 s’organiseraient alors automatiquement en grilles visuelles d’une variété et d’une texture exquises. Selon Alexander Galloway, professeur associé au département des médias, de la culture et de la communication de l’Université de New York, une image terminée de Barricelli «une image donnait un instantané du temps de l’évolution».

Lorsque Barricelli imprimait des sections de ses univers numérisés, elles étaient éblouissantes. Pour les yeux modernes, elles pourraient ressembler à des images satellites d’une géographie extraterrestre: océans chaotiques, affleurements stratigraphiques et contours d’un seul cours d’eau descendant dans le pli central, s’étalant dans un delta au fond du patchwork. «Quelqu’un doit faire une exposition dans un musée et montrer ce genre de choses parce qu’ils sont scandaleux», déclare Galloway.

Barricelli était une bêtise sans compromis qui oscillait entre le fou et le cerveau.

Aujourd’hui, Galloway, membre du groupe de boosters petit mais croissant de Barricelli, a recréé les images. Suivant les méthodes décrites par Barricelli dans l’un de ses articles, Galloway a codé un applet en utilisant le langage informatique Processing pour raviver les organismes numériques de Barricelli, avec de légères variations. Tandis que Barricelli codait ses nombres sous forme de proto-pixels d’une longueur de huit unités, Galloway les condensait en une seule cellule codée par couleur. En réduisant chaque nombre en un seul pixel, Galloway a pu intégrer huit fois plus de générations dans la trame. Ces mosaïques revitalisées ressemblent à des coupes psychédéliques des archives fossiles. Chaque nuance de couleur représente un organisme et lorsqu’un champ de couleur se heurte à un autre, c’est là que se produit la fertilisation croisée.

«Vous pouvez voir ce type de points de turbulence où une couleur rencontre une autre couleur», explique Galloway, en affichant les images sur un ordinateur de son bureau. "C’est un point où un nombre – ou un gène serait – une sorte de saut d’un organisme à un autre." En d’autres termes, c’est la vie artificielle – la symbiogenèse de Barricelli – figée dans de l’ambre. Et cyan et lavande et sarcelle et citron vert et fuchsia.

Galloway n’est pas le seul à être frappé par la beauté des images numériques générées par Barricelli. Étudiant au doctorat, le cofondateur de Pixar, Smith, s’est familiarisé avec le travail de Barricelli tout en cherchant dans l’histoire des automates cellulaires pour sa thèse. Quand il rencontra les empreintes de Barricelli, il fut stupéfait. «Il était remarquable pour moi de pouvoir réaliser des images avec des installations informatiques aussi rudimentaires au début des années 50», déclare Smith. «Je suppose que dans un sens, vous pouvez dire que Barricelli m’a fait penser à l’animation par ordinateur avant de penser à l’animation par ordinateur. Je n’avais jamais pensé de cette façon, mais c’est essentiellement ce que c’était.

Le cyberespace se gonfle maintenant avec la progéniture de Barricelli. Des chaînes d’arithmétiques auto-reproductrices vivent leurs journées dans la nature numérique, de plus en plus indépendantes de notre altération. Les bits les plus appropriés survivent et se propagent. Les chercheurs continuent à modéliser artificiellement des versions réduites et réduites de la vie, alors que le monde réel regorge d’êtres booléens. Des scientifiques comme Venter évoquent des organismes synthétiques, assistés par un ordinateur. Des nuées de codes autonomes prospèrent, expirent, évoluent et mutent quotidiennement sous nos doigts. «Toutes sortes de codes auto-reproducteurs agissent», explique Dyson. Dans nos vies numériques, nous sommes immergés dans le monde de Barricelli.

Robert Hackett est un journaliste spécialisé dans les sciences, la technologie et les affaires. Fortune magazine. @rhhackett

Cet article a été publié à l’origine dans notre numéro «Mutation» de juin 2014.

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