Объективная реальность и сами законы физики возникают из наших наблюдений в соответствии с новой концепцией, которая переворачивает с ног на голову то, что мы считаем фундаментальным.
Софи Хебден
FQXi Awardees: Маркус Мюллер 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, который работает в Институте квантовой оптики и квантовой информации в Вене, Австрия, и его коллега-философ Майкл Каффаро 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» 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.
Свалка в мозге
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, 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: она присваивает высокие вероятности будущим возможным событиям, которые имеют самое простое объяснение».
Больцмановский мозг
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». 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 мозг, является результатом этих случайных флуктуаций, и что они могут происходить где угодно во Вселенной. Он предсказал возникновение самоосознающих сущностей, позже названных больцмановскими мозгами, спонтанно появляющихся и исчезающих. Что еще более странно космологи в последние годы подсчитали, что многие модели Вселенной предполагают, что число больцмановских мозгов должно значительно превосходить число нормальных человеческих. Как вы можете быть уверены, что вы не больцмановский мозг, и что ваше следующее появление не произойдет в глубинах космоса?
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, 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, математик из Ройал Холлоуэй, Лондонский университет, Великобритания, который работает над альтернативной интерпретацией квантовой теории, которая также отдает наблюдателю центральную роль, называемую QBism (на wiki). 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 мышлением, например, в космологии».
Реннер, который видел предварительный вариант работы Мюллера, утверждает что это одна из самых интересных статей, которую он прочитал за последние пару лет (arXiv:1712.018266, короткий вариант статьи arXiv:1712.01816), 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 — 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 мозга. Хотя авторы теории не проводят таких параллелей в явном виде, и вообще стараются не злоупотреблять в работе широкими обобщениями, что характерно для работ на подобную тематику.
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 и алгоритмической вероятности имеется немало публикаций, из которых выделяются публикации пользователя aideus, посвященные использованию этих понятий в области ИИ, см. 1, 2, 3. 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. 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:
Комментарии (34)
Eyesucker
11.06.2019 01:53А фантастический рассказ существует на эту тему, написал Филип Киндред Дик, называется «Электрический муравей»
shinzui
11.06.2019 04:02«… новая физика свихнулась в идеализм, главным образом, именно потому, что физики не знали диалектики» ©
kx13
11.06.2019 11:07Цитата из статьи: В. И. Ленин "МАТЕРИЯ ИСЧЕЗЛА"
Объективная реальность и сами законы физики возникают из наших наблюдений в соответствии с новой концепцией, которая переворачивает с ног на голову то, что мы считаем фундаментальным.
После этой фразы можно даже не читать.
Прочтение статьи подтверждают опасения: очередной вариант позитивизма.
Жалко, что сейчас книга Ленин В.И. "Материализм и эмпириокритицизм" не очень хорошо известна. Ленин еще большее 100 лет назад таких "физиков" критиковал. Многим физикам не мешало бы с ней ознакомиться.
phenik Автор
11.06.2019 14:21Прочтение статьи подтверждают опасения: очередной вариант позитивизма.
Вы загляните в саму работу, не все так просто. В одном из замечаний сделал разъяснение на этот счет. Приближенно говоря процесс описанный в работе напоминает то, как строит картину мира ребенок по мере обучения. Включая выработку некоторых стихийных теоретических представлений о нем, типа, что стена твердая, и сквозь нее пройти нельзя, или с высоты можно упасть. Больше напоминает некую форму наивного реализма, которая со взрослением, получением большего опыта и знаний, может измениться, а может так и остаться на всю жизнь. Что тоже не так плохо, наивный реализм основа здравого смысла в быту)kx13
11.06.2019 15:04В комментарии я упомянул, что статью прочитал.
Естественно в статье есть рациональное зерно она даже интересна местами. Но на мой взгляд, база, на которой стоят свои гипотезы авторы, излишне идеалистична.phenik Автор
12.06.2019 05:27Но на мой взгляд, база, на которой стоят свои гипотезы авторы, излишне идеалистична.
Если загляните в укороченную версию препринта, ссылке есть в переводе, то там в конце есть список, чем эта теория не является. Среди них есть — не является антиреализмом. Это важное замечание. Не утверждается, что они признают существование материи, с неотъемлемыми объективными законами, но все же признают существование некой реальности, кот. моделируют Р-миром, и задают некоторые отношения в нем, определяют классы эквивалентности, и др. Более подробно про философский аспект в этом коменте.
E-doc
11.06.2019 11:11Радикально 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».
Вот прям про это есть не то что рассказ — роман. Грег Иган, «Карантин», основа сюжета в том, что наблюдатель (именно человек) осуществляет коллапс волновой функции многообразия вселенной и что будет, если эту способность ему отключить.phenik Автор
12.06.2019 07:43Нет, теория более круче — законы КМ с коллапсом ВФ создаются наблюдателем, если ее идею довести до логического конца.
Alyoshka1976
11.06.2019 12:35Если допустить, что наблюдатель создает физические законы, то почему эти законы одинаковы и для других субъектов? Тогда и окружающие люди тоже созданы наблюдателем?
phenik Автор
11.06.2019 18:00+1почему эти законы одинаковы и для других субъектов?
Потому что субъекты идентичны.Тогда и окружающие люди тоже созданы наблюдателем?
Человека в восприятии другого человека-наблюдателя также можно представить в виде информационной модели, с помощью очень длинной цепочкой битов. В работе это иллюстрируется морскими свинками-исследователями) И точно также могут быть выведены наиболее вероятные законы его поведения, развития, эволюции и тд. Но такие сложные случаи они не рассматривают. Пока методы теории в зачаточном состоянии, и речь идет о выводе простых закономерностей, типа доказательства невозможности возникновения больцмановского мозга.Alyoshka1976
11.06.2019 18:50А психокинез как-либо рассматривается в рамках этой теории?
phenik Автор
12.06.2019 03:37Пока там ничего даже про то, как возникает психика, не то что психокинез) То что можно отнести к субъективному состоянию наблюдателя в этом подходе моделируется существованием объектов в виде M-существования, как это они определяют. Фактически это вычислительная среда (нейросетевая) мозга для человека. А можно перейти к вычислительной среде на ИНСах в «мозге» робота, и тп. На мой взгляд до объяснения психики и психических явлений одной физики не достаточно, но это отдельная тема) Их основная задача понять, как возникают законы природы.
michael_vostrikov
11.06.2019 19:07почему эти законы одинаковы и для других субъектов?
Потому что субъекты идентичны.
А можно ли сказать, что закон определяется один раз, когда его создал первый наблюдатель, а потом не меняется? Как это происходит с результатом измерения квантовой системы.
Мне тоже как-то такие мысли приходили, что иногда похоже на то, как будто законы постепенно уточняются. Что-то типа такого:
Свет по отношению к наблюдателю распространяется прямолинейно и неотличимо от "бесконечно быстро" -> Свет имеет конечную скорость X -> Наблюдатель двигается со скоростью в половину X. Чтобы сохранялся самый первый закон, нужно чтобы для наблюдателя замедлялось время.phenik Автор
12.06.2019 04:22А можно ли сказать, что закон определяется один раз, когда его создал первый наблюдатель, а потом не меняется? Как это происходит с результатом измерения квантовой системы.
Фактически так и есть. Ньютон определил законы кл. механики, Эйнштейн законы ТО, и тд. Но это могли проделать и другие наблюдатели, получив идентичные, или почти идентичные результаты с точностью до формулировки результат. Вспомним, многие законы открывались именно так, закон Гей-Люссака, Бойля-Мариота, и тд. Даже шутка у одного юмориста была, чем это они там занимались, когда на пару открывали их?) Но формулировки и формализмы могут быть разными, зависит от наблюдателя, и той информации, кот. он располагает. Той самой длинной цепочки случайных битов в состоянии наблюдателя, точнее серий состояний, о кот. говорят разработчики. Ну как сложилось, так и получилось в реальной истории, кот. мы знаем. Про кв. измерения мысль не понял.Мне тоже как-то такие мысли приходили, что иногда похоже на то, как будто законы постепенно уточняются.
Совершенно верно. В этом концептуальное преимущество такого подхода. Очень хочется приписать законы объективной реальности, и мы их открываем, и движемся в направлении заветной истины, и теории Всего) Но этого нет, законы создает человек из наблюдений. Тяжесть переносится на наблюдения, точнее состояния наблюдателя, из кот. эти законы, как наиболее вероятностные состояния, и выводятся. Многим это трудно воспринять. Кажется реальность уходит из под ног, или «исчезает», как писали философы в начале 20 в., когда появилась КМ с ее странностями. По сему законы и теории, как модели реальности, могут только уточняться по мере появления новых наблюдений, и соотв. изменения состояний наблюдателей. Но тешить иллюзиями об окончательных теориях не стоит, что из себя представляет эта реальность никто не знает, и видимо, не узнает никогда. Она есть, она воспринимается, мы может строить и уточнять ее модели, и это все. Зато никаких периодических мировоззренческих катаклизмов и переживаний, типа «исчезновения» реальности) Так себе это представляю, и именно этот подход реализуется в этой работе. Но могут быть и др. воззрения.ksr123
12.06.2019 05:57Не понял. До Ньютона его законы не работали? Работали иначе?
phenik Автор
12.06.2019 07:22До Ньютона его законы не работали?
Это не более, чем некоторая модель реальности, весьма приближенная, созданная Ньютоном.Работали иначе?
Ну да, они не использовали релятивистские и квантовые поправки) А в будущем, кто-то может дать еще более заковыристый ответ, например, с учетом эффектов кв. гравитации или Темной материи. Достоверно можно говорить лишь о преемственности теорий, и знаний в широком смысле, проверенных наблюдениями, экспериментом и практикой применения, выражаемая принципом соответствия. Что в пределе, и есть ли он вообще, неизвестно. Когда вы ущипнули себя, и почувствовали это, это еще не все, вы ущипнули и реальность из которой состоите, и последствия для Вселенной могут быть самыми непредсказуемыми)
leksuss
11.06.2019 20:14+1доказательства невозможности возникновения больцмановского мозга
Как из этой теории следует невозможность возникновения больцмановского мозга, если эта теория опирается на вероятность?
Tzimie
11.06.2019 13:49Более сжатое и unbiased изложение в вики en.wikipedia.org/wiki/Quantum_Bayesianism
Забавно но не более того
На мой взгляд, MWI решает все парадоксы (но большой ценой)phenik Автор
11.06.2019 17:18Это разные уровни. QBism и ММИ интерпретации КМ. Хотя ММИ все же тянет на отдельную теорию в статусе гипотезы, в которой КМ описывает предельный случай поведения кв. микросистем. КМ не объясняет происхождение законов, а предлагаемый авторами подход позволяет объяснить, в том числе, и самой КМ. Хотя авторы уточняют, что их подход не является некой теорий Всего. И это правильно, каковы законы реальности, и есть ли они вообще, неизвестно (они представляют ее с помощью весьма абстрактного Р-мира). Наблюдатель может только строить их приближенные модели в виде наиболее вероятных законов, основываясь только на собственных состояниях, и предлагают конкретный способ построения на базе алг. вероятности.
Tzimie
11.06.2019 17:41Тем не менее в их подходе аксиоматически постулируется наличие наблюдателей (или, как они это называют, агенты). Я не говорю что это плохо, хотя и попахивает немного мистицизмом. Но самая большая проблема этого подхода — невозможность внятного описания начальных моментов после Big Bang, когда не могло существовать «агентов» с сознанием (и даже вообще систем способных хранить инфоромацию)
phenik Автор
11.06.2019 18:18Но это общая проблема всех космогонических теорий. Ли Смолин над этим классно поизмывался исходя из принципа наблюдаемости) Агенты могут довольствоваться только различными следами оставленными теми давними событиями, и проводить их реконструкцию. А также расширенно трактовать принцип наблюдаемости. У А.Д. Панова есть публикации на эту тему, если интересно, посмотри на его странице.
kauri_39
11.06.2019 20:29«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.»
Это про суперпозиции взаимно противоположных состояний у запутанных частиц? Но если такая оценка реальности ошибочна, то и следование из неё, даже вполне логическое, ведёт к ошибочному итогу.
Под суперпозицией может скрываться попеременная смена состояний частиц, которая позволяет сохранить неизменным общее исходное значение квантовой системы, объединяющей запутанные частицы. Эта смена просто не отслеживается нами, поскольку для этого потребовалось бы измерение с использованием как минимум фотона. Измерение нарушает синхронность смены состояний, которая обеспечивается по каналам мгновенной квантовой информации.
Erchard
12.06.2019 03:21Ребятам срочно нужно почитать Дэвида Чалмерса. Он об этом писал еще в прошлом веке. И более внятно
PolarOneBear
12.06.2019 07:24Тоже хотел высказаться по поводу «отсутствия ФР на эту тему». Предостаточно.
Часть уже выше написали.
Тут главное убедить толстосумов выделить гранды на исследования потому-то это и «новая» и «революционная», но только-то гипотеза… до теории ей — ой как далеко!
А на самом деле если копнуть — очень многое описано у фантастов. И наша реальность, как буд-то бы, подгоняется учёным светом в их рамки.
Хорошего всем настроения и буйной фантазии! )
LexaVas
Недавно изучал философию и столкнулся с таким понятием как «Историчность». Оно относится к картине мира и говорит о том, что картина мира, понимаемая человеком, всегда будет изменяться по ходу истории человечества. Это говорит о том, что она никогда не будет конечной и всегда будет меняться.
В этот момент у меня возник вопрос – а зачем тогда вообще изучать мир, если мы никогда не добъемся абсолютного. И в этот момент я еще больше начал понимать Гедонистов, у которых цель жизни заключается в получении удовольствия.
korobkov-k
Чтобы извлекать из знаний практическую пользу и улучшать качество жизни. Гедонисты тут тоже в плюсе.
Bedal
чтобы повысить вероятность существование потомства в далёком будущем. Те, кто по случайности этого не обеспечил — не существуют (или не будут существовать).
Sergey6661313
Поясните пожалуйста каким именно образом обеспечение существование моего далёкого (вы это даже выделили) потомства в будущем обеспечит существование меня, (или будущего меня) если мне дано всего один век прожить максимум?
Bedal
Вы не с того конца зашли :-)
Те, у кого не осталось потомства — сейчас не существуют. Вот — и всё, в этом вся суть естественного отбора. Который действует в любой среде, в которой выполняются четыре аксиомы, далеко не только в биологии.
sim31r
На данный момент дело идет к тому что потомство будет у всего человечества в целом, как в фильме Гаттака, лучшие гены всей планеты в совершенных людях будущего. А далее и в алгоритмах искусственного интеллекта. Передача личных генов важна была ранее, 50-100 поколений назад, как основа цивилизации, ничего другого по сути не было.
Bedal
ну вот, предупреждал же… законы эволюции действуют не только в биологии.
VuX
Цель в получении удовольствия вполне оправдана. Я например получаю удовольствие от изучения чего-то нового. И разум однозначно может подделать вселенную. И он это делает с момента его существования.