- PVSM.RU - https://www.pvsm.ru -
Софи Хебден
FQXi Awardees: Маркус Мюллер [1] 1
18 января 2019 г.
Творение космоса.
Credit: Юрий Акурс, iStock
Маркуса Мюллера можно было бы ошибочно обвинить в том, что он является величайшим индивидуалистом на свете. Радикально новый взгляд квантовой физики на реальность, который он предлагает похоже приводит к тому, что воспринимаемый нами мир возникает из наших наблюдений. Он признает, что это очень трудная для понимания идея. «Никто еще не придумал научно-фантастический рассказ, который хоть как-то проиллюстрировал это», — говорит Мюллер — «из нашей теории следует, что фундаментально реальны только наблюдения».
Маркус Мюллер
Мюллер [2], который работает в Институте квантовой оптики и квантовой информации в Вене, Австрия, и его коллега-философ Майкл Каффаро [3] из Университета Западного Онтарио, Канада, ставят под сомнение одно из основных наших предположений: реальность объективна и не зависима от нас. Мюллер и Куффаро не утверждают, что мир иллюзорен или нереален, но утверждают, что за этим стоит нечто более фундаментальное, и что их подход может объяснить происхождении реальности и то как возникают фундаментальные физические законы.
Квантовая теория уже заставила физиков серьезно относиться к роли наблюдателя. Например, до того как мы измерим квантовую систему, она может обладать противоречивыми свойствами, например находиться в двух разных энергетических состояниях. Когда мы производим наблюдение, то вынуждаем систему принять определенное состояние, связывая акт наблюдения с самой реальностью. Мюллер и Каффаро утверждают, что они просто следуют этим путем доводя его до логического конца. Их цель состоит в том, чтобы разработать основу для описания реальности без предположения о существовании обычных объектов со свойствами, определяемыми физическими законами2. Но как решить амбициозную задачу построения Вселенной без каких-либо строительных блоков или инструкций по ее сборке?
«Что означает с точки зрения математики, что нет законов природы? Это все равно что спросить, а что, если у тебя есть только математика? Может ли это дать вам что — то, что позволяет предсказать, что вы увидите, то есть некоторые вероятности наблюдений, не предполагая ничего другого?»- говорит Мюллер — «Это было моей отправной точкой».
Математический метод, который может помочь это сделать уже имеется. Понятие «алгоритмической вероятности» [4] уже используется теми, кто работает над искусственным интеллектом и машинным обучением. Оно описывает вероятность наблюдения, происходящего по всему спектру возможностей, и программисты используют его для создания роботов, которые могут «учиться» на наблюдениях за средой и принимать решения на основе прошлых результатов3.
Используя этот подход Мюллер получил связное описание реальности из описаний наборов наблюдений производимых одно за другим. Он начинает с наблюдения, которое закодировано каким-то способом. Сам этот способ не имеет значения, поэтому допустим, что мы используем двоичные строки с нулями и единицами. Наблюдение может быть свалкой данных в какой-то момент времени, описывающей ваше состояние длинной цепочкой битов. Мюллер заимствует математический инструмент из области искусственного интеллекта и спрашивает: насколько вероятно, что случайная компьютерная программа выдаст эти биты по чистой случайности? Это называется алгоритмической вероятностью этого наблюдения.
Мюллер постулирует, что происходящее зависит от алгоритмической вероятности обусловленной тем, что наблюдалось в прошлом, и утверждает, что этот процесс может сформировать саму реальность. Новые наблюдения, которые не вписываются в наблюдения в прошлом, возможно миры с пятью или шестью измерениями отбрасываются, потому что их вероятность намного меньше, чем наблюдаемый мир с тремя пространственными измерениями. Наблюдения согласующиеся с тем, что мы видели в прошлом, и которые соответствуют описанию мира в обычном смысле, с обычными законами, являются наиболее вероятными. Следовательно, из наших наблюдений мы получаем «эмерджентный мир»4.
«Оказывается алгоритмическая вероятность весьма полезное понятие», — говорит Мюллер. Физические законы и закономерности возникают таким же образом, как правильные ответы, которые дают роботы в результате обучения. «Законы имеют тенденцию стабилизироваться, и вы наблюдаете эти закономерности вокруг себя и мир с такими законами», — объясняет Мюллер — «Это имеет одно и то же математическое основание».
Ренато Реннер [5], физик-теоретик из Федерального института технологий, Цюрих, Швейцария, отмечает, что в физике существует долгая история попыток формулировок теорий от первого лица5. Но в отличие от большинства попыток Мюллеру удалось разработать «четко определенную теорию, в рамках которой могут быть получены нетривиальные результаты», — говорит Реннер — «Это просто замечательно!». «Говоря по простому Мюллер предоставил количественную версию бритвы Оккама [6]: она присваивает высокие вероятности будущим возможным событиям, которые имеют самое простое объяснение».
Наряду с объяснением, почему вообще существуют законы природы, подход Мюллера может также разрешить некоторые печально известные головоломки в космологии и квантовой теории. Одна из самых странных известна, как «проблема больцмановского мозга [7]». Это понятие восходит к концу 19-го века, когда физик Людвиг Больцман опубликовал теорию утверждающую, что энтропия или беспорядок закрытой системы всегда увеличивается. Подумайте о горячем кофе в ящике: беспорядок в этой системе со временем будет увеличиваться, так как тепловая энергия кофе будет рассеиваться в окружающем воздухе. Но всегда есть вероятность того, что часть системы будет флуктуировать от беспорядка к порядку.
Больцман считал, что необычайная сложность жизни на Земле, включая наш
Теория Мюллера дает обнадеживающий ответ: продолжать существовать как обычно на Земле гораздо проще, чем внезапно оказаться в космосе. И если что-то в теоретико-информационном смысле проще, то алгоритмическая вероятность говорит, что это более вероятно.
Идеи пока не до конца проработаны — Мюллер не опубликовал их еще в рецензируемом журнале. Но концепция вызвала большой интерес, и приглашения на конференцию хлынули потоком. Роб Спеккенс [10], физик-теоретик из Института периметра в Канаде считает, что теория алгоритмической информации найдет много приложений в физике в будущем, и аплодирует Мюллеру за то, что он один из немногих людей принявших вызов. «Это очень оригинальный и наводящий на размышления материал», — заявил он.
Но в теории имеются шероховатости говорит Рудигер Шак [11], математик из Ройал Холлоуэй, Лондонский университет, Великобритания, который работает над альтернативной интерпретацией квантовой теории, которая также отдает наблюдателю центральную роль, называемую QBism [12] (на wiki [13]). Хотя Шак восхищается математической строгостью проекта, он обеспокоен отсутствием четкого определения агентов — людей, производящих наблюдения в теоретических построениях Мюллера. «Агенты теории Мюллера — это странно уменьшенные сущности, определяемые случайным процессом», — говорит Шак — «Определяющей чертой агентов должно быть то, что они делают выбор и действуют». В теории Мюллера, напротив, концепция действия, а также мир в котором действуют агенты, являются вторичными, следствиями теории. «Мне это не подходит», — резюмирует Шак.
Мюллер соглашается с тем, что понятие «действия агента» не является частью фундаментального описания в его теории, однако он не видит в этом недостатка. «Выбор действий — это вторичное понятие, которое не должно быть фундаментальной частью любой физической теории», — говорит Мюллер — «Так же как эмоции или свобода воли. Этот взгляд согласуется с традиционным
Реннер, который видел предварительный вариант работы Мюллера утверждает, что это одна из самых интересных статей, которую он прочитал за последние пару лет (arXiv:1712.01826 [14]6, короткий вариант статьи arXiv:1712.01816 [15]), заставляющих задуматься. «Ввиду концептуальных проблем, с которыми мы сталкиваемся в наших нынешних физических теориях, особенно в квантовой теории», — говорит Реннер — «такие радикально разные подходы, на мой взгляд, крайне необходимы».
Примечания автора перевода
1. FQXi [16] — Виртуальный Институт Фундаментальных Исследований. Поддерживает исследования в области фундаментальной физики и космологии путем выделения грантов. На поддержку данного проекта было выделено более $100 000.
2. Автор статьи вслед за разработчиками теории использует термин объективная реальность, но речь идет скорее о воспринимаемой органами чувств реальности, описываемой законами физики. Исходно в теории вводятся определения двух типов существования объектов: P-существование и M-существование. На базе P-существования определяется P-мир, который можно трактовать, как существование объективной реальности в метафизическом смысле этого понятия. M-существование можно обобщенно понимать, как существование некой универсальной вычислительной среды, которую в применении к наблюдателю-человеку можно трактовать, как вычислительную нейросетевую среду
3. Возможно подход изложенный в статье заинтересует специалистов работающих над проблематикой ИИ, по этой причине в список хабов включил хабы «Искусственный интеллект» и «Алгоритмы». На Хабре по тематике алгоритмической сложности [17] и алгоритмической вероятности имеется немало публикаций, из которых выделяются публикации пользователя aideus [18], посвященные использованию этих понятий в области ИИ, см. 1 [19], 2 [20], 3 [21]. Возможно все это малоактуально в свете последних достижений с использованием ИНС в разработке ИИ, тем не менее.
4. Эмерджентный в смысле появления нового целостного качества ранее отсутствовавшего у частей.
5. Наиболее близкими по духу к этой работе являются публикации А. Каминского по субъективной физике [22]. Вообще к этой теме можно отнести работы и дискуссии связанные с ролью наблюдателя и, в частности, его сознания в физике, начиная с дискуссий по проблеме измерений в КМ в период ее создания, и завершая пророчествами дяди Роджера:) в наше время. По мнению автора перевода проблема наблюдателя имеет существенно междисциплинарный характер, и не может быть решена полноценно только в рамках физики.
6. Статья получилась несколько водянистой, как это иногда бывает со статьям научно-популярной направленности:), поэтому для заинтересовавшихся добавил перевод аннотации самой работы:
Автор: phenik
Источник [23]
Сайт-источник PVSM.RU: https://www.pvsm.ru
Путь до страницы источника: https://www.pvsm.ru/ii/320469
Ссылки в тексте:
[1] Маркус Мюллер: https://fqxi.org/grants/large/awardees/view/__details/2016/mueller
[2] Мюллер: https://www.iqoqi-vienna.at/en/team/mueller-group/markus-mueller/
[3] Майкл Каффаро: https://www.michaelcuffaro.com/
[4] «алгоритмической вероятности»: https://en.wikipedia.org/wiki/Algorithmic_probability
[5] Ренато Реннер: https://fqxi.org/community/articles/display/231
[6] бритвы Оккама: https://en.wikipedia.org/wiki/Occam%27s_razor
[7] проблема больцмановского мозга: https://en.wikipedia.org/wiki/Boltzmann_brain
[8] мозг: http://www.braintools.ru
[9] космологи: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D1%86%D0%BC%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BC%D0%BE%D0%B7%D0%B3#%D0%9F%D1%80%D0%BE%D0%B1%D0%BB%D0%B5%D0%BC%D0%B0_%D0%B1%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D1%86%D0%BC%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D0%BC%D0%BE%D0%B7%D0%B3%D0%B0_%D0%B2_%D1%81%D0%BE%D0%B2%D1%80%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%B9_%D0%BA%D0%BE%D1%81%D0%BC%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D0%B8
[10] Роб Спеккенс: https://fqxi.org/community/articles/display/214
[11] Рудигер Шак: https://www.ma.rhul.ac.uk/rschack
[12] QBism: https://fqxi.org/community/articles/display/218
[13] wiki: https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_Bayesianism
[14] arXiv:1712.01826: https://arxiv.org/abs/1712.01826
[15] arXiv:1712.01816: https://arxiv.org/pdf/1712.01816.pdf
[16] FQXi : https://fqxi.org/home
[17] алгоритмической сложности: https://en.wikipedia.org/wiki/Kolmogorov_complexity
[18] aideus: https://habr.com/ru/users/aideus/
[19] 1: https://habr.com/ru/post/145309/
[20] 2: https://habr.com/ru/post/150902/
[21] 3: https://habr.com/ru/post/150056/
[22] субъективной физике: http://subjphysics.narod.ru/
[23] Источник: https://habr.com/ru/post/455565/?utm_campaign=455565&utm_source=habrahabr&utm_medium=rss
Нажмите здесь для печати.