우주는 어떻게 계산이 될 수 있습니까?
몇몇 물리학 자 (또는 컴퓨터 과학자)는 우주가 계산이라는 것을 당연하게 여깁니다. 그러나 나는 우주가 처음에 어떻게 계산이 될 수 있는지 이해할 수 없습니다.
저는 고전 역학의 배경을 가지고 있으며 공식적으로 "계산 이론"을 공부하지 않았기 때문에 제 지식의 차이를 용서해주십시오. 그러나 기본적인 이해로는 우주가 계산이 될 수 있다는 사실에 화해 할 수 없었습니다.
나는 우주가 계산이라는 가설에 반하는 세 가지 주장을 가지고 있습니다.
# 1 : 연속 vs 이산
내가 기본 지식에서 이해 한 바에 따르면 대부분의 계산 모델은 이산적이고 유한합니다. 개별적이지만 무한한 튜링 머신과 같은 이상적인 모델이 있습니다.
"연속"무한 상태 머신이 있습니까? 그것은 연속적이고 무한한 기계입니다.
우주는 ( 우리가 아는 한 ) 연속적인 실체입니다. 그러나 상태가 연속체 인 계산 기계가 존재하지 않는다면 우주는 계산이 될 수 없습니다.
# 2 계산 복잡성
계산이라는 우주에 대한 또 다른 주장은 다음과 같습니다. 모든 수학 함수를 계산할 수있는 것은 아닙니다. 그러나 우주는 이러한 모든 기능을 중단하지 않고 원활하게 실현합니다. 따라서 우주는 아마도 전혀 컴퓨팅하지 않을 것입니다.
# 3 뉴턴 스키마와 라그랑 지 스키마
우주가 계산이라는 또 다른 주장은이 기사입니다. https://www.technologyreview.com/2012/12/04/84714/why-the-universe-is-not-a-computer-after-all/. 이 에세이에서 Wharton 교수는 뉴턴 유형 이론이 우주의 계산 모델과 잘 맞지만 라그랑 지 유형 이론은 그렇지 않다고 주장합니다.
참고 문헌
1MIT 교수가 인용 한 논문 (인용 600 건 이상)입니다. 우주는 계산이라고 가정하고 계산 능력을 계산합니다. 2는 우주가 계산이라는 가설에 반하는 40 개 이상의 인용과 함께 Wharton 교수의 수상 경력에 빛나는 에세이입니다. 더 많은 참조는https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_physics.
- 로이드, 세스. 2002.“우주의 계산 능력.” Physical Review Letters 88 (23) : 237901.https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.88.237901.
- 와튼, 켄. 2015.“우주는 컴퓨터가 아닙니다.” ArXiv : 1211.7081 [Gr-Qc, Physics : Physics, Physics : Quant-Ph], 1 월.http://arxiv.org/abs/1211.7081.
관련 질문
관련 질문이 이전에 요청되었지만 여기에 제시된 전체 형태로이 수수께끼를 제기하는 질문을 찾을 수 없습니다. 예를 들어이 질문 은 내가 위에서 제기 한 첫 번째 주장 (Continuous-vs-Discrete)을 제기하지만 가능한 해결책을 찾으려고하는 반면, 나는 우주가 계산이라는 사실에 이의를 제기하고 있습니다. 저에게는 우주가 계산이 아니라는 것이 완전히 분명합니다. 그렇다면 물리학 자들은 어떻게 그렇게 가정하고 있습니까? 내가 무엇을 놓치고 있습니까?
답변
우주가 계산이되는 것과 우주가 계산 가능하다는 것 사이에는 깊은 철학적 차이 가 있습니다. 또한 어떤 계산 모델이 가정하는지에 대한 중요한 문제가 있습니다. 질문에있는 대부분의 주장은 이산 튜링 기계를 가정하지만 당연히 하나 (아마도 분명한) 선택 일뿐입니다.
1 : 연속체 상태 머신을 만들 수 있습니까? 물론이야! 다음과 같은 상태 전환 기능이 있습니다.$S_{n+1}=f_1(S_n,I_n)$ 어디 상태 $S_n$ 및 입력 $I_n$ 이제 다음과 같은 세트의 구성원입니다. $R^n$. 이산 단계가 마음에 들지 않습니까? 물론입니다.$S'(t)=f_2(S(t),I(t))$. 첫 번째 방정식에 이산 상태 기계를 포함시킬 수 있으며 올바른 인위적 선택을 통해$f_2$ 개별 스텝 머신을 내장 할 수 있습니다. $f_1$ 두 번째 방정식에서.
2 : 당신은 우주가 모든 수학적 기능을 실현한다고 주장하고 있습니다. 이것은 분명히 사실이 아니며 강력한 주장이 필요합니다.
자원이 충분하지 않아 표준 물리학에서는 구현할 수없는 계산 가능한 함수를 구성하는 것은 쉬운 일이 아닙니다. 예를 들어, Ackermann 함수를 사용 하여 좋은 측정을 위해 약간 중첩합니다.$f(n)=A(A(n+10,n+10))$. 수학적으로 이것은 잘 정의되고 계산 가능하지만 계산할 단계의 수$f(1)$그리고 관련된 정보의 양은 접근 가능한 우주와 그것의 인과 적 미래에서 구별 할 수있는 부분의 경계라고 생각하는 것보다 훨씬 더 많습니다 . 계산할 수 있다고 주장하려면 Bekenstein 경계를 깨고 / 또는 오류없이 무한히 먼 미래까지 지속되는 계산 리소스에 액세스 할 수있는 방법을 보여 주어야합니다.
3 : 물리학은 특정 스키마를 따를 의무가 없습니다. 라그랑주 변이 극단화가 우리의 일반 컴퓨터를 사용하여 계산하기 어렵다는 것은 컴퓨터가 능숙 하지 않다는 것을 의미하는 것은 아닙니다 (사실 양자 계산에서 알 수 있듯이 고전적 계산에서 매우 어려운 문제를 실현 가능하게 만드는 계산 모델이 존재 함). 물론 지금까지이 모델이 잘 작동한다는 점을 제외하고 는 우주 가 완벽한 라그랑주 역학이어야 한다고 생각할 이유가 없습니다 . Warton은 QM을 GR에 연결하려면 Lagrangian 역학을 사용해야하지만 이것은 현재의 불완전한 물리학 이해를 기반으로합니다 .GR, QM 및 양자 중력은 모두 예상과 다르게 작동 할 수 있으며 여전히 우리의 관측에 맞을 수 있습니다.
사람들은 물리학이 얼마나 이상한지 컴퓨터가 얼마나 이상한지 모두 과소 평가한다고 생각합니다. 초 계산 이 실제 가능성 이라고 믿는 사람 은 거의 없지만 선험적으로 배제 할 수는 없습니다. 우주를 계산할 수 없다고 자신있게 주장하려면 우주의 계산 능력과 우리가 말하는 컴퓨터를 모두 명시해야합니다. 그 컴퓨터는 우주에 맞지 않아도되기 때문에 어려운 일입니다.
- 유니버셜 마이크로 구조의 가장 좋은 모델은 실제로는 이산 적이며 사용자가 제안한대로 연속적이지 않습니다. 공간과 시간까지 모든 것이 정량화됩니다. 양자 불확실성으로 인해 플랑크 길이 이하의 거리와 플랑크 시간보다 짧은 기간은 발생할 수 없습니다. 대규모 이벤트를 모델링하는 데 사용하는 연속 방정식은이 가장 작은 규모에서 분해됩니다. 루프 양자 중력은이 원리로 구성되며 끈 이론의 강력한 경쟁자입니다. 이산은 바이너리를 의미하지 않는다는 점도 주목할 가치가 있습니다. 아날로그 컴퓨터조차도 신호 에너지의 가장 가까운 양자로 분해된다는 점에서 이산 적입니다.
- 그리고 3. 모든 함수가 정확하게 계산 될 수있는 것은 아니지만, 그것들은 무한히 반복 될 수 있습니다. 이것이 우주가하는 것처럼 보입니다. 프로그래밍 트릭은 다양한 기능을 관리 가능한 한도 내에서 유지하는 데 사용됩니다. (내 첫 번째 포켓 계산기가 흥미롭게 부족한 트릭). 불확실성 원리 및 재 정규화와 같은 현상은 그러한 계산 트릭의 예가 될 수 있습니다.
더 높은 차원 우주의 광대 한 자원을 충분히 강력한 지능을 멋 부리, 왜 자신의 상상할 수 없을 정도로 정교한 컴퓨터는해야 하지 시뮬레이션 우리에 수? (적어도 하나의 다른 답변보기)
그리고 물론 거기에는 전체 순진한 건물의 약점이 있습니다. 위의 모든 것에도 불구하고 당신의 불안감은 잘 드러납니다. SF technobabble에서 Berkeley 감독의 이상주의 신을 차려 입는 것입니다. "신의 마음"을 위해 "초 외계 슈퍼 컴퓨터"를 읽으십시오. 왜 컴퓨터에 신경 쓰나요? 버클리의 신은 창조물을 가브리엘 대천사에게 위임하지 않았고, 그는 어떤 훌륭한 외계인이 하듯이 Occam의 면도칼을 적용했습니다.
현대 정보 이론이 열역학과 우주론에서 점점 더 근본적인 역할을하고 있다는 것은 사실입니다. 적어도 존경받는 물리학 자 중 적어도 한 명은 "우주는 위대한 기계 라기보다 위대한 생각처럼 보이기 시작합니다"라고 말했습니다. 그러나 그 도약을하고 우주 가 정보 와 동일 하다고 말하면 우주 에서 가장 복잡한 구조 (우리 머리)가 왜 환상, 실수, 역설, 모순, 환상 및 노골적인 거짓말로 가득 차 있는지에 대한 질문을합니다. 그러나 그 정보 중 어느 것도 물리적으로 드러나지 않습니다.
아인슈타인의 또 다른 예는 철학자가 나쁜 과학자를 만들 수 있지만 과학자는 더 나쁜 철학자를 만든다는 것을 알았습니다.