Por Matthew Hutson
Publicado na ScienceNews
Uma nova abordagem matemática busca ordem em sequências de bits extraterrestres
Uma das mensagens mais famosas já enviadas para o espaço foi uma sequência de 1.679 bits enviada pelo radiotelescópio de Arecibo em 1974. Mas se um E.T. nos envia tal sequência, como nós terrestres poderíamos começar a decodificá-la? Uma nova abordagem matemática propõe um método.
Para qualquer pessoa tentando interpretar a mensagem de Arecibo – um desenho que representa uma pessoa, a dupla hélice do DNA, o sistema solar e o próprio telescópio, entre outras informações – ela primeiro teria que entender que se tratava de uma imagem e que a imagem tinha 23 pixels de largura e 73 pixels de altura.
Enquanto enviava o sinal, a antena de rádio codificou os 1.679 bits alternando entre duas frequências diferentes, representando um e zero, respectivamente. Se você alinhar os bits de forma diferente – colocando mais ou menos de 23 pixels por linha – a imagem parecerá uma bagunça aleatória.
Enfrentaríamos um desafio semelhante se alienígenas nos enviassem uma mensagem. Como saberíamos o número e o tamanho de suas dimensões?
Os cientistas de Arecibo inseriram uma pista na transmissão: 23 e 73 são números primos – um esquema que outras formas de vida inteligente poderiam reconhecer, se também considerassem os números primos interessantes. No entanto, as mensagens alienígenas podem vir em muitas formas e ter muitas dimensões, diz Brian McConnell, um cientista da computação da Notion Labs em São Francisco e autor do livro “The Alien Communication Handbook“. Uma mensagem pode ser um banco de dados em que cada elemento não é apenas um valor, mas uma lista de valores, ou uma lista de listas. Uma mensagem na forma de uma simulação de física poderia incluir uma série de medidas para cada ponto no espaço-tempo.
O novo método de decodificação, desenvolvido por Hector Zenil, um cientista da computação da Universidade de Cambridge e fundador da Oxford Immune Algorithmics, e seus colegas, pega uma sequência de bits – uma mensagem recebida – e examina todas as combinações possíveis de número e tamanho de dimensão. Por exemplo, 100 bits poderiam ser 1×100 ou 10×10 (duas dimensões) ou 4x5x5 (três dimensões) ou 2x2x5x5 (quatro dimensões) e assim por diante.
Em seguida, ele analisa a ordem de cada configuração possível de duas maneiras. Para obter uma medida de ordem local, ele divide a mensagem em blocos. Para cada bloco, ele pesquisa um catálogo de trilhões de pequenos programas de computador que os pesquisadores haviam criado anteriormente para explorar o espaço algorítmico e conta quantos programas geram um bloco idêntico. (As saídas dos programas foram pré-computadas e salvas, o que torna as pesquisas rápidas.) Quanto mais programas gerarem um bloco idêntico, maior será a pontuação do bloco para a ordem local. As pontuações dos blocos são calculadas para obter uma pontuação geral de ordem local para toda a configuração. Os pesquisadores também medem a ordem global de cada configuração possível, vendo o quanto um algoritmo de compressão de imagem pode reduzi-la sem perder informações – matematicamente, a aleatoriedade é menos compressível do que padrões regulares. Ao combinar as pontuações local e global, os pesquisadores têm uma ideia de quão provável cada configuração é a correta.
A equipe testou o método em uma versão da mensagem de Arecibo que havia sido expandida para seis vezes o seu tamanho, de modo que a largura agora era de 138 pixels. Em uma análise, os pesquisadores organizaram a sequência de bits em imagens variando de 0 a 200 pixels de largura, um subconjunto de configurações possíveis. Traçando a largura da imagem no eixo x e a pontuação de probabilidade no eixo y para cada configuração, houve alguns picos acentuados, o mais proeminente em 138. O método mostrou sucesso semelhante ao analisar outras mensagens codificadas em bits, incluindo várias outras imagens, um arquivo de áudio e uma varredura de ressonância magnética 3D.
A nova abordagem também poderia lidar com o tipo de ruído que poderia ser introduzido quando uma mensagem viaja pelo espaço. Em outra análise, a largura original da mensagem de Arecibo, de 23 pixels, se destacou mesmo quando um quarto dos bits havia sido invertido de 1 para 0 ou vice-versa.
“Este artigo é bastante emocionante, porque o que mostramos é que se você tiver uma informação que não é completamente aleatória, ela realmente codifica o espaço original para o qual foi destinada”, disse Zenil. Em outras palavras, a mensagem revela sua própria geometria. Ele observa que no romance de ficção científica “Contato”, de Carl Sagan, e no filme baseado nele, os personagens passam muito tempo descobrindo que uma mensagem recebida de alienígenas está em três dimensões (especificamente um vídeo). “Se você tiver nossas ferramentas, resolveria esse problema em segundos e sem intervenção humana.”
Mesmo que os alienígenas enviem um sinal contínuo em vez de bits, ele diz que o método poderia ajudar a encontrar a frequência correta de amostragem para digitalizá-lo. Isso apenas adicionaria mais configurações a serem testadas.
“O que gosto nisso é que é uma abordagem matematicamente rigorosa para caracterizar uma transmissão”, disse McConnell sobre a técnica, que ainda não foi revisada por pares. Além disso, “a maioria das pessoas na comunidade SETI” – sigla em inglês para Search for Extraterrestrial Intelligence, que significa Busca por Inteligência Extraterrestre – “se concentra na detecção de sinais. Eles não costumam dar muita atenção ao que viria depois disso.”
Douglas Vakoch, pesquisador do SETI e presidente da METI International, uma organização sem fins lucrativos que estuda como poderíamos transmitir informações a inteligências extraterrestres, observa que a nova abordagem permite que os números primos tenham um propósito secundário na interpretação de uma mensagem. “Em vez de serem um guia para descobrir o formato, agora eles podem ser usados para confirmar que os decodificadores encontraram a solução correta”, escreveu Vakoch por e-mail.
“Os números primos são de alguma forma muito especiais em um sentido matemático”, observou Zenil, “porque podem ser considerados uma versão comprimida dos números naturais.” No entanto, existem também outros tipos de números interessantes para escolher, muitos listados na Enciclopédia de Sequências de Inteiros Online.
Claro, mesmo que possamos detectar e formatar a mensagem, ainda precisaríamos interpretá-la corretamente. Poderia uma forma indicar um corpo alienígena, uma espaçonave, uma equação ou uma mancha?
Zenil reitera que a abordagem tem aplicações potenciais em contextos terrestres, por exemplo, na decodificação de sinalização intercelular. Ele já utilizou métodos conceitualmente semelhantes para identificar componentes importantes em redes reguladoras de genes – se você perturbar uma parte, isso torna o sistema como um todo menos inteligível? Um algoritmo que combina componentes algorítmicos menores para explicar ou prever dados também pode nos ajudar a alcançar, um dia, a inteligência artificial geral, disse Zenil. Essas abordagens automatizadas não dependem de suposições humanas sobre o sinal. Isso abre a porta para descobrir formas de inteligência que podem pensar de maneira diferente da nossa.
Referência:
H. Zenil, A. Adams e F.S. Abrahão et al. Optimal Spatial Deconvolution and Message Reconstruction from a Large Generative Model of Models. arxiv.org. Publicado em 28 de março de 2023. doi.org/10.48550/arXiv.2303.16045.
