Espaciotiempo semántico

El espaciotiempo semántico es un marco conceptual para el modelado del espaciotiempo basado en agentes , basado en la Teoría de la Promesa . ^{[ 1 ]} Inicialmente descrito como un modelo de la informática y una formulación alternativa de la física basada en redes en algunas áreas, también se ha convertido en una herramienta para la representación del conocimiento en contextos de IA/LLM. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

En el contexto de la representación del conocimiento, el espaciotiempo semántico se describe como «…un marco conceptual poderoso para representar el conocimiento y las relaciones en una estructura gráfica que se inspira en la física. Así como la realidad física se describe a través de coordenadas espaciotemporales y relaciones causales, el espaciotiempo semántico proporciona una forma de organizar el conocimiento en una representación multidimensional donde el significado emerge de las relaciones entre entidades». ^{[ 2 ]}

El espaciotiempo semántico fue introducido por el físico e informático Mark Burgess en una serie de artículos titulada Espaciotiempos con semántica [ ^{1 ] [ 4 ] [ 5 ]} como una alternativa práctica para describir el espacio y el tiempo, inicialmente para la informática. Intenta unificar los aspectos cuantitativos y cualitativos de los procesos del espaciotiempo en un único modelo. Burgess se refiere a esto como abarcar tanto la "dinámica como la semántica" [6]. ^{La teoría de promesas} se utiliza como representación de la semántica. La adyacencia dirigida es la primitiva lógica de la teoría de grafos, pero con la salvedad de que cada nodo debe emitir y absorber relaciones de adyacencia de forma cooperativa, similar a la estructura unitaria de las probabilidades y transiciones cuánticas. Así, el espacio se compone de nodos y aristas que cooperan. La representación del espaciotiempo se convierte en una forma de grafo etiquetado , construido específicamente a partir de enlaces de la teoría de promesas . 

El espaciotiempo semántico tiene su origen en la Teoría de la Promesa . ^{[ 1 ]} La visión tradicional del espaciotiempo parece no tener relevancia para los fenómenos en computación, electrónica, biología o muchos otros procesos basados ​​en información. La comprensión clásica del espaciotiempo de la era de Newton se basa en la balística; la idea sobre el espacio y el tiempo era la de un teatro puramente pasivo para el movimiento y los comportamientos de los cuerpos materiales. ^{[ 7 ]} Einstein cambió parcialmente esa percepción con la Relatividad General , en la que la geometría del espaciotiempo es un participante activo con sus propias propiedades, es decir, curvatura, energía y masa. Sin embargo, en los modelos de procesos de Ciencias de la Computación, Electrónica, Biología y Logística, el espacio se forma a partir de componentes funcionales que actúan más como proveedores de servicios. ^{[ 8 ]} Los procesos son representaciones de resultados modulares autónomos, resultado del paso de información entre agentes en redes de dichos componentes activos, con cierta fuerza de acoplamiento. 

Burgess también observó una relación entre las representaciones del conocimiento semántico y los bigrafos de Robin Milner , pero consideró que los lenguajes existentes eran excesivamente formales y carecían de expresividad. ^{[ 1 ]} En el Espacio-Tiempo Semántico se utiliza el lenguaje de la Teoría de la Promesa para formular un modelo de proceso (espacio-tiempo) para agentes autónomos. La propiedad de autonomía se vincula estrechamente con la localidad en física, por lo que el enfoque resulta atractivo por su universalidad.

Burgess ha afirmado que el Espacio-Tiempo Semántico es un intento de desmitificar la explicación de ciertos fenómenos tanto en física como en ciencias de la información. «Hasta que no superemos los prejuicios de la separación clásica de la ciencia en disciplinas, no avanzaremos en la comprensión de los sistemas informáticos a gran escala». ^{[ 9 ]}  

En 2019, Burgess escribió un libro extenso sobre la idea llamado "Espacio-tiempo inteligente" para fomentar el interés en el enfoque y explicar la visión detrás del Espacio-tiempo semántico, y realizó un video documental. ^{[ 10 ]} El libro va más allá al señalar "conexiones profundas" con otros campos de la ciencia, sugiriendo un punto de vista multidisciplinario. ^{[ 7 ]} Los comentaristas han comparado la idea con otros modelos de espacio-tiempo de teoría de grafos, como Conjuntos causales , Grafidad cuántica y el Proyecto de física de Wolfram , ^{[ 11 ]} sin embargo, Burgess enfatiza diferencias clave que van más allá del uso obvio de grafos para modelar el espacio en estos escritos.

En física, el espaciotiempo es una descripción puramente cuantitativa de propiedades métricas, etiquetadas mediante coordenadas para delimitar una región o un volumen; pero en las Ciencias de la Información, el espaciotiempo también puede tener semántica , o aspectos funcionales «cualitativos», que surgen como contenedor de procesos activos. Estos también deben incluirse en las descripciones de los fenómenos. Clásicamente, su función se separa del espacio y el tiempo, pero esto puede añadir capas de complejidad innecesaria, ya que existen supuestos implícitos en un modelo de espaciotiempo. 

Por ejemplo, una región del espacio podría ser una fábrica, mientras que otra podría ser un río. En biología, las células son regiones del espaciotiempo que desempeñan diferentes funciones en un organismo, y los órganos son regiones más grandes compuestas por muchas células. Así, las regiones del espaciotiempo asumen el rol de agentes , y puede ser necesaria una descripción completa de su topología y dinámica para modelar el comportamiento del conjunto. El espaciotiempo semántico no distingue entre espacio y materia; trata la materia como una propiedad local de la red de agentes del espaciotiempo.

Burgess describe el Espacio-Tiempo Semántico como una idea incipiente, con mucho trabajo por hacer, ^{[ 9 ]} que despierta un interés limitado, principalmente entre especialistas. En varios artículos, ^{[ 6 ]} ha desarrollado aplicaciones de la idea, sobre todo en el diseño de sistemas tecnológicos. En entrevistas, afirma que algunos documentos relacionados con la tecnología son de su propiedad y, por lo tanto, no pueden publicarse ni citarse.

El modelo de espacio-tiempo semántico y la teoría de la promesa fueron referencias como un enfoque para el diseño de bases de datos multimodelo y la incrustación del marco de descripción de recursos para ArangoDB . ^{[ 12 ]}

Los escasos trabajos sobre canalizaciones de datos inteligentes y propagación consistente de información se han basado en el espaciotiempo semántico y han llevado a las empresas emergentes Aljabr y Dianemo ^{[ 13 ] [ 14 ]} a desarrollar las tecnologías correspondientes. También ha sido objeto de gran interés para la comprensión de las telecomunicaciones 5G , especialmente en China. ^{[ 15 ]} 

Las aplicaciones del modelo a la neurociencia y el aprendizaje automático fueron reconocidas con una invitación a un salón de eventos cerrado especial en octubre de 2022 por la Fundación Kavli (Estados Unidos) . ^{[ 16 ]}

El espaciotiempo semántico identifica tres formas en que se puede entender el movimiento para un grafo. Estas se denominan Movimiento de primer, segundo y tercer tipo. ^{[ 1 ]} Burgess escribe que «La semántica del espacio y el tiempo ordinarios es diversa en su interpretación. Para el espacio, pensamos en distancia, trayectoria, adyacencia (topología), vecindad, continuidad, dirección, etc. Para el tiempo, tenemos la hora del reloj, la duración, la hora del día, el orden parcial, etc.». ^{[ 6 ]} El espaciotiempo semántico unifica estos conceptos en un lenguaje de la teoría de promesas (y, por lo tanto, de la teoría de grafos).

La noción de espaciotiempo semántico permite ver los fenómenos en la computación en la nube como una forma de física virtual, en la que los procesos y las propiedades (como los registros de datos) pueden moverse de un host a otro como promesas en movimiento. Una descripción de esto en términos de la Teoría de Promesas y el Espaciotiempo Semántico se ha desarrollado en una serie de artículos llamada Movimiento de Tercer Tipo. ^{[ 17 ] [ 18 ]} Burgess ha afirmado que deberíamos esperar "redescubrir la física de nuevo en la nube". ^{[ 9 ]}

La confianza es la medida subyacente del cumplimiento de promesas en la Teoría de las Promesas. El espaciotiempo semántico también se ha utilizado como un modelo basado en agentes para la sociofísica, en el que la confianza desempeña un papel similar al de la energía en la mecánica ordinaria. ^{[ 19 ]}

Se publicó una serie de tutoriales con ejemplos de programación bajo el nombre de "Espacio-tiempo semántico y análisis de datos". ^{[ 20 ]} También se produjo un documental en vídeo llamado Bigger, Faster, Smarter . ^{[ 10 ]}