Jak wszechświat może być obliczeniem?
Kilku fizyków (lub informatyków) przyjmuje za pewnik, że wszechświat to obliczenia. Jednak nie jestem w stanie zrozumieć, w jaki sposób wszechświat MOŻE być obliczeniem w pierwszej kolejności.
Pochodzę z mechaniki klasycznej i formalnie nie studiowałem "Teorii obliczeń", więc wybacz mi luki w mojej wiedzy. Ale z podstawowego zrozumienia nie mogłem pogodzić się z faktem, że wszechświat może być obliczeniem.
Mam 3 argumenty przeciwko hipotezie, że wszechświat jest obliczeniem:
# 1: ciągłe a dyskretne
Z tego, co rozumiem z podstawowej wiedzy, większość modeli obliczeń jest dyskretna i skończona. Istnieją idealne modele, takie jak maszyna Turinga, które są dyskretne, ale nieskończone.
Czy istnieje „ciągła” nieskończona maszyna stanów? To jest maszyna, która jest jednocześnie ciągła i nieskończona.
Wszechświat jest ( o ile wiemy ) ciągłą istotą. Jeśli jednak nie może istnieć maszyna obliczeniowa, której stan jest kontinuum, to wszechświat nie może być obliczeniem.
# 2 Złożoność obliczeniowa
Kolejnym argumentem przeciwko wszechświatowi jako obliczeniom jest to: nie wszystkie funkcje matematyczne można obliczyć. Jednak wszechświat realizuje wszystkie takie funkcje płynnie, bez zatrzymywania się. Dlatego wszechświat prawdopodobnie w ogóle nie jest komputerowy.
# 3 Schemat Newtona kontra Lagrange'a
Jeszcze innym argumentem przeciwko wszechświatowi będącemu obliczeniem jest ten artykuł: https://www.technologyreview.com/2012/12/04/84714/why-the-universe-is-not-a-computer-after-all/. W tym eseju prof. Wharton argumentuje, że chociaż teorie typu Newtona dobrze pasują do obliczeniowego modelu wszechświata, teorie typu Lagrangianu nie.
Bibliografia
1jest dobrze cytowanym artykułem (ponad 600 cytowań) przez MIT prof. Zakłada, że wszechświat jest obliczeniem, a następnie przechodzi do obliczania jego mocy obliczeniowej. 2to wielokrotnie nagradzany esej prof. Whartona z ponad 40 cytatami, który sprzeciwia się hipotezie, że wszechświat jest obliczeniem. Więcej referencji można znaleźć nahttps://en.wikipedia.org/wiki/Digital_physics.
- Lloyd, Seth. 2002. „Computational Capacity of the Universe”. Physical Review Letters 88 (23): 237901.https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.88.237901.
- Wharton, Ken. 2015. „Wszechświat nie jest komputerem”. ArXiv: 1211.7081 [Gr-Qc, Fizyka: Fizyka, Fizyka: Quant-Ph], styczeń.http://arxiv.org/abs/1211.7081.
Powiązane pytania
Zauważ, że pokrewne pytania zadawano już wcześniej, ale nie mogłem znaleźć żadnego pytania, które stawia tę zagadkę w jej pełnej formie, tak jak tutaj. Np. To pytanie rodzi pierwszy argument, który podałem powyżej (ciągłe kontra dyskretne), ale próbuje znaleźć jakieś możliwe rozwiązania, podczas gdy ja kwestionuję sam fakt, że wszechświat jest obliczeniem. Dla mnie jest całkowicie jasne, że wszechświat nie jest obliczeniem, więc jak fizycy stawiają taką hipotezę? czego mi brakuje?
Odpowiedzi
Istnieje głęboka filozoficzna różnica między tym, że wszechświat jest obliczeniem, a tym, że wszechświat jest obliczalny. Istnieje również ważna kwestia tego, jaki model obliczeń się przyjmuje: większość argumentów w pytaniu zakłada dyskretne maszyny Turinga, ale jest to oczywiście tylko jeden (być może oczywisty) wybór.
1: czy potrafisz stworzyć maszynę stanów kontinuum? Oczywiście! Masz po prostu funkcję zmiany stanu, taką jak$S_{n+1}=f_1(S_n,I_n)$ gdzie stany $S_n$ i wejścia $I_n$ są teraz członkami takiego zestawu $R^n$. Nie lubisz dyskretnych kroków? Jasne, po prostu zrób to$S'(t)=f_2(S(t),I(t))$. W pierwszym równaniu można oczywiście osadzić dowolną maszynę o stanach dyskretnych i przez właściwy wymyślony wybór$f_2$ możesz osadzić dyskretną maszynę krokową $f_1$ w drugim równaniu.
2: Twierdzisz, że wszechświat realizuje wszystkie funkcje matematyczne. Nie jest to oczywiście prawda i wymaga mocnego argumentu.
Konstruowanie obliczalnych funkcji, których nie można zrealizować w standardowej fizyce, jest trywialne, ponieważ nie ma wystarczających zasobów. Na przykład weź funkcję Ackermanna i zagnieżdż ją trochę dla dobrego pomiaru:$f(n)=A(A(n+10,n+10))$. Matematycznie jest to dobrze zdefiniowane i obliczalne, ale liczba kroków do obliczenia$f(1)$a ilość zaangażowanych informacji znacznie przekracza to, co uważamy za ograniczenia na rozróżnialnych bitach w dostępnym wszechświecie i jego przyczynowej przyszłości. Jeśli chcesz twierdzić, że można to obliczyć, musisz pokazać, w jaki sposób możemy uzyskać dostęp do zasobów obliczeniowych, łamiąc ograniczenia Bekensteina i / lub utrzymując się w nieskończoność daleko w przyszłości bez żadnych błędów.
3: Fizyka nie jest zobowiązana do przestrzegania żadnego konkretnego schematu. To, że Lagrange'a ekstremalizacja wariacyjna jest trudna do obliczenia przy użyciu naszych zwykłych komputerów, nie oznacza, że żaden komputer nie jest w tym dobry (rzeczywiście, jak pokazują obliczenia kwantowe, istnieją modele obliczeń, które sprawiają, że problemy, które są bardzo trudne w klasycznych obliczeniach, są wykonalne), i jest oczywiście nie ma powodu, by sądzić, że wszechświat musi być doskonałą mechaniką Lagrange'a, poza tym, że jak dotąd ten model działa dobrze. Warton zwraca uwagę, że aby połączyć QM z GR musisz użyć mechaniki Lagrangianu, ale jest to oparte na naszym obecnym, niepełnym zrozumieniu fizyki: GR, QM i grawitacja kwantowa mogą działać inaczej niż oczekiwano i nadal pasować do naszych obserwacji.
Myślę, że ludzie nie doceniają zarówno tego, jak dziwna może być fizyka, jak i jak dziwne mogą być komputery. Chociaż niewielu wierzy, że hiperkomputacja jest rzeczywistą możliwością, nie możemy po prostu wykluczyć jej a priori. Pewne twierdzenie, że wszechświata nie może być obliczony, wymaga określenia zarówno mocy obliczeniowej wszechświata, jak i komputera, o którym mówimy. Ponieważ ten komputer nie musi nawet pasować do wszechświata, jest to trudne zadanie.
- Nasz najlepszy model mikrostruktury Universal jest w rzeczywistości modelem dyskretnym i nie ciągłym, jak sugerujesz. Wszystko jest kwantowane, nawet przestrzeń i czas. Ze względu na niepewność kwantową odległości poniżej długości Plancka i okresy krótsze niż czas Plancka nie mogą wystąpić. Ciągłe równania, których używamy do modelowania wydarzeń na większą skalę, rozkładają się w tej najmniejszej skali. Pętla kwantowa grawitacja jest zbudowana na tej zasadzie i jest silnym konkurentem dla teorii strun. Warto również zauważyć, że dyskretny nie implikuje binarności. Nawet komputer analogowy jest dyskretny w tym sensie, że rozkłada do najbliższej kwantu energii sygnału i nie dalej.
- i 3. Chociaż nie wszystkie funkcje można dokładnie obliczyć, można je powtarzać w nieskończoność - co wydaje się robić Wszechświat. Sztuczki programowania służą do utrzymywania rozbieżnych funkcji w rozsądnych granicach. (sztuczki, których intrygująco brakowało w moim pierwszym kieszonkowym kalkulatorze). Zjawiska takie jak zasada nieoznaczoności i renormalizacja mogą być przykładami takich sztuczek obliczeniowych.
Posiadanie wystarczająco potężnej inteligencji z ogromnymi zasobami we wszechświecie o wyższych wymiarach i dlaczego ich niewyobrażalnie wyrafinowane komputery nie miałyby być w stanie symulować naszego? (Zobacz co najmniej jedną inną odpowiedź)
I tu, oczywiście, tkwi słabość całej naiwnej budowli; pomimo tego wszystkiego, twój niepokój jest dobrze uzasadniony. To tylko ubieranie idealistycznego Boga biskupa Berkeleya w technobabble SF. Dla „umysłu Boga” należy przeczytać „super-obcy super-komputer”. Po co zawracać sobie głowę komputerem? Bóg Berkeleya nie przekazał Stworzenia Archaniołowi Gabrielowi, po prostu zaczął używać brzytwy Ockhama, tak jak zrobiłby to każdy dobry super-obcy.
Prawdą jest, że współczesna teoria informacji odgrywa coraz bardziej fundamentalną rolę w termodynamice i kosmologii, do tego stopnia, że przynajmniej jeden szanowany fizyk zauważył, że „Wszechświat zaczyna wyglądać bardziej jak wielka myśl niż wielka maszyna”. Ale dokonanie tego skoku i stwierdzenie, że Wszechświat jest zatem równoznaczny z informacją, nasuwa pytanie, dlaczego najbardziej złożone struktury we Wszechświecie (nasze głowy) są tak pełne złudzeń, błędów, paradoksów, sprzeczności, fantazji i jawnych kłamstw, jednak żadna z tych informacji nie objawia się fizycznie.
Kolejny przykład starego poglądu Einsteina, że filozofowie mogą być złymi naukowcami, ale naukowcy są jeszcze gorszymi filozofami.